Printer Friendly

The use of alloxan and streptozotocin in experimental diabetes models / Deneysel Diyabet Modellerinde Alloksan ve Streptozotosin Kullanimi.

Giris

Yasam kalitesine olan olumsuz etkileri yaninda, yuksek morbidite ve mortaliteye sahip diyabet hastaligi ve komplikasyonlarinin patogenezini arastirmak icin yapilan calismalarda hayvan modelleri yaygin olarak kullanilmaktadir. Deneysel hayvan modelleri, patolojiye genetik olarak uygun turlerin secilebilmesine; istatiksel degerlendirmeye yetecek kadar cok sayida ornekle calisilabilmesine ve degiskenlerin kontrol altinda tutulmasina; birden fazla risk ve patolojinin calisilabilmesine; tani koydurucu, koruyucu veya terapotik yaklasimlarin denenmesine olanak vermektedir. Bununla birlikte hayvanlarda olusturulan diyabet modellerinin hicbiri insan diyabetine tam olarak esdeger tutulamaz (1). Ilk olarak 1880' lerde von MerIng, yaglarin bagirsaktan absorpsiyonunu arastirarak hiperglIsemi olusum mekanizmasina isik tutmustur. Daha sonra Minkowski' nin bir kopekte pankreasin cikarilmasini takiben hiperglisemI olustugunu gostermesiyle hiperglisemi calismalarinda pankreas uzerine yonelim baslamistir. Deneysel hiperglisemi calismalarinda pankreatektomi yontemi kopek, tavsan, domuz vb. hayvanlara uygulanirken; Hence tarafindan sican ve fare gibi kemirgenlerde de uygulanmaya baslanmistir. Marjorie' nin 1920'de bir kopek pankreas dokusunda insulini izole etmesi, hayvan deneyleri tarihinde onemli bir yer tutmustur. Banting ve Best 1921'de insulinin pankreasin Langerhans adaciklarindan salgilandigini bulmuslardir (2). Pankreas-insulin iliskIsInIn ortaya konmasi ile hiperglisemi calismalarinda, cerrahi disi yontemlerle pankreasin harap edilmesine ve beta hucre spesifik toksinlerin kullanilmasina yol acmistir. Kimyasal ajanlarin kullanimi ile olusan deneysel diyabet modellerinde alloksan, streptozotosin (STZ), cinko selatorleri (8-hidroksikinolin, dithizone), rodentisid-Vacor, diyet nitrozaminleri gibi diyabetojenik etkisi bulunan toksinler denenmistir (3). Tarihsel surecte denenmis toksinlerden gunumuzde en cok tercih edilenleri STZ ve alloksandir (4). Alloksanin tavsanlarda pankreasin beta hucrelerini tahrip etmek suretiyle kalici diyabet olusturdugu ilk kez Dunn ve ark. tarafindan 1943'te bulunmustur (5). STZ'nin benzer etkileri ise 1963'te Rakieten ve ark tarafindan sican ve kopeklerde kalici diyabet olusturmasiyla gosterilmistir (6). STZ'nin alloksana gore beta hucreleri disindaki yapilara daha az zarar verdigi; alloksan ile daha yuksek kan sekeri degerlerine ulasildigi ve ketozisin daha sik oldugu bildirilmistir (1), (7).

Bu derlemede, kimyasal diyabet modeli olusturmak amaciyla kullanilan alloksan ve STZ'nin etki mekanizmalari; insulin bagimli tip I ve insulin bagimli olmayan tip II diyabet modeli elde etmek icin kullanilan dozlari; kullanimlarinda beklenen olasi sorunlar ve cozum onerileri incelenmistir.

Alloksan

Alloksan (2,4,5,6-tetraoxyprimidine; 2,4,5,6-pyrimidinetetrone) urik asit turevi, antineoplastik bir ajandir. Genellikle monohidrat tuzu seklinde bulunur. Hidrofiliktir ve notral pH'da stabil degilken, pH 3-4'de stabildir (4), (8-9). Notral pH' da ve 37[degrees]C' de yarilanma omru yaklasik 1,5 dakikadir ve sicaklik dustukce yarilanma omru uzamaktadir (4), (7), (8). Solusyonu 4[degrees]C'nin altinda saklanmalidir (1), (9) (Tablo 1).
Tablo 1. Alloksan ve STZ'nin kimyasal 6zelliklerinin ve etki
mekanizmalannin karsilastinlmasi

 Alloksan STZ

Kimyasal ad 2,4,5,6- 2-Deoxy-2-([(methylnit
 Tetraoxypyrimidine; rosoamino)
 2,4,5,6- carbonyl]amino)-D-
 pyrimidinetetrone glucopyranose

Kimyasal formulu C4H2N2O4 C8H15N3O7

Stabil oldugu pH 3-4 4-4,5
de geri

Saklanma kosulu 2-8[degrees] C -20[degrees] C

Etki mekanizmasi Glukokinaz STZ'in hucre iginde
 (hekzokinaz IV) nitrozure gruplarinin
 enzimini selektif dekompoz isyonu ile
 inhibe ederek olusan reaktif
 glukozun indukledigi karbonyum iyonlari DNA
 insulin sekresyonunu bazlarinda alkilasyona
 durdurur neden olur
 Icerdigi oksijen Hucresel enerji
 reaktifleri sayesinde depolarinin tuketimine
 beta hucrelerine bagli (hucre igindeki
 selektif nekroz yapar NAD+ depolarini
 bosaltarak ATP
 igerigini azaltmasi)
 beta hucresinde nekroza
 yol acar
 Sitozolik kalsiyum
 konsantrasyonunu
 artirmasina bagli
 beta hucresi
 nekrozunu
 hizlandirir


Etki Mekanizmasi

Alloksan, molekuler yapi bakimindan glukoza yuksek olcude benzerlik gosterir. Beta hucre membraninda bulunan glukoz transport proteini 2 (GLUT2), glukoz gibi alloksanin da beta hucreleri icine girmesini saglar. GLUT2 tarafindan alloksana taninan bu serbest giris alloksanin beta hucre spesifitesinin bir sebebidir (10). Alloksanin beta hucreleri tarafindan uptake edilmesi hem diyabetojenik etkisinin temelini hem de alloksanin pankreas uzerindeki etkisinde hiz kisitlayici basamagini olusturur (4).

Alloksanin diyabetojenik etkisinin ortaya cikmasinda iki temel etki mekanizmasindan bahsedilebilir (7). Mekanizmalardan biri alloksanin glukokinaz (hekzokinaz IV) enzimini selektif inhibe ederek glukozun indukledigi insulin sekresyonunu durdurmasidir (4), (7), (11). Alloksan, redukte glutatyon (GSH), sistein ve sulfidril (-SH) gruplari iceren proteinlere yuksek afinite gosterir. Ozellikle -SH grubu iceren enzimlerden glukokinaz, alloksanin inhibisyonuna digerlerinden daha duyarlidir. Bu inhibisyona bagli olarak alloksan glukoz oksidasyonunu ve ATP uretimini azaltir (11). Glukoz, glukokinaz enzimindeki -SH gruplari ile alloksanin etkilesmesini onler. Boylece glukoz, beta hucrelerinin alloksanin tahrip edici etkisinden korunmasina neden olur (12). Alloksan toksisitesine karsi glukozun koruyucu ozellik gostermesinde; molekuler olarak benzerlikleri sebebi ile GLUT2'nin glukoz varliginda alloksan transferini sinirlandirmasinin da rol oynadigi dusunulmektedir (9).

Alloksanin insuline bagimli diyabet olusturmasindaki diger mekanizma ise beta hucrelerine selektif nekroz yapmasidir (9). Alloksanin beta hucrelerine spesifik nekroz olusturmasi icerdigi oksijen reaktifleri sayesindedir. Redoks tepkimeleri ile alloksanin son urunu olan dialurik asite donusumu sirasinda ortaya cikan oksijen radikallerinin oncelikli hedefi pankreatik hucre DNA'laridir (13).

Alloksanin intraselluler kalsiyum homeostazini bozmasi, beta hucre nekrozunu hizlandiran ve diyabetojenik etkisini artiran bir diger onemli ozelligidir. Alloksanla yapilan in vivo ve in vitro deneylerde, pankreasin beta hucrelerinde sitozolik serbest kalsiyum konsantrasyonunun arttigi gorulmuStur. Alloksanin bu etkisi, beta hucrelerini depolarize etme ozelligine bagli olarak voltaj bagimli kalsiyum kanallarini acmasi ve kalsiyumun hucre icine geciSini arttirmasi sonucu oluSmaktadir (14).

Kullanim Sekli ve Dozu

Uygulama oncesi alloksanin sitrat tamponu (pH 3-4,5) icerisinde hazirlanabilecegi bildirilmekle birlikte; caliSmalarda daha sik olarak serum fizyolojik veya distile su ile cozuldugu gozlenmektedir (15). Alloksan uygulamasina ac hayvanlarin daha hassas oldugu tespit edilmistir, bu sebeple hayvanlar belli bir sure ac birakildiktan sonra alloksan uygulanmasi tercih edilmektedir (16). Alloksan diyabetojenik etki icin intravenoz (i.v.), intraperitonel (i.p.) veya subkutan (s.c.) uygulanabilir (4). Alloksanin diyabetojenik dozu; deney hayvaninin tur, cins, yas, kilo ve beslenme ozelliklerine bagli olarak degiskenlik gostermekte oldugundan sabit bir deger degildir (1). Cesitli hayvanlarda alloksanin diyabetojenik etkilerinin ortaya ciktigi gozlenen doz araliklari Tablo 2'de verilmistir.
Tablo 2. Farkli hayvan tAA'AA'rlerinde alloksan ve STZ'nin doz araliklari

Tur Alloksan Doz Araligi STZ Doz Araligi

Sican 30-65 mg/kg i.v. (9), 40-80 mg/kg (16), (43)
 (15), i.v.
 (61),
 (62)
 75 *-250 mg/kg i.p. (24), 35 **-150 mg/kg (45-57)
 (29-30) i.p.
 100-200 mg/kg s.c (21), 60-100 mg/kg (46-53)
 (65) s.c

Fare 40-100 mg/kg i.v. (19-20) 60-200 mg/kg *** (48,56)
 i.v.
 50 *-200 mg/kg i.p. (26-27) 50-180 mg/kg (49-50)
 i.p
 150-200 mg/kg s.c. (22-23) *

Tavsan 80-150 mg/kg i.v. (17-18) Direng vardir.

Kopek 50-75 mg/kg i.v. (8) 20-30 mg/kg (8)
 i.v.

i.v., intavenoz; i.p., intraperitoneal; s.c., subkutan; i.m.,
intramuskuler;

* Tekrarlayan dozlarda kullanim seklinde uygulanmaktadir

** Yuksek yagli diyet ile birlikte uygulanmaktadir

*** Nikotinamid (NAD) tedavisi ile birlikte uygulanmaktadir


Alloksan genellikle insulin bagimli olan tip I diyabet modelinde kullanilmaktadir (4) (Tablo 3). Alloksanin dusuk stabilitesi, kisa yarilanma omru ve solusyonunun asidik olmasindan dolayi i.v. kullanimi tercih edilmektedir (4), (8). Sican ve fare gibi rodentlerde kuyruk veninden bolus seklinde enjekte edilerek uygulanir. STZ'nin diyabetojenik etkisine direncli olan tavsanlarda diyabet olusturmak icin alloksan kulak veninden enjekte edilir (17), (18). Tip I diyabet olusumu icin diyabetojenik dozu sicanlarda 40-45 mg/kg kabul edilmekle (9) birlikte Golfaman ve ark. sicanlarda i.v. yoldan tek doz 65 mg/kg alloksan uygulamasi ile %100 diyabet olustugunu rapor etmislerdir (15). Literaturde alloksanin farelerde 40 ile100 mg/kg gibi genis bir doz araliginda i.v. kullanildigi gorulmektedir (19-20). Diger parenteral (i.p. ve s.c.) uygulamalarda i.v. enjekte edilen dozun 2-3 katinin kullanilmasi gerekmektedir (21-23). Ozellikle i.p. uygulamada 150 mg/kg' in altindaki dozlarin sicanlarda diyabet olusturmak icin yetersiz oldugu ileri surulmektedir (16). Alloksanin, sicanlarda 75 mg/kg dozunda (24) 5 ardisik gun ve 80 mg/kg dozunda (25) 2 ardisik gun i.p. uygulandigi; farelerde ise 200 mg/kg tek doz (26) veya 50 mg/kg dozunda (27) 5 ardisik gun i.p. uygulandigi protokoller de bulunmaktadir.
Tablo 3. Tip I ve Tip II Diyabet olusturmak isin fare
ve sicanlarda alloksan ve STZ'nin kullanim sekilleri
ve dozlari

 Deney Tip I Diyabet Tip II Diyabet
 Hayvani

Albkson Sican 40-65 mg/kg tek doz Eriskinde;
 i.v. (9), (15) 120 mg/kg tek doz i.p
 150 mg/kg ve uzeri (28)
 dozlarda tek doz i.p. Yenidoganda;
 (16) 200-250 mg/kg tek doz i.p
 75 mg/kg 5 gun i.p. (29), (30)
 (24)
 80 mg/kg 2 gun i.p.
 (25)

 Fare 40-65 mg/kg tek doz *
 i.v. (19), (20)
 200 mg/ kg tek doz
 i.p. (26)
 50 mg/kg 5 gun i.p.
 (27)

STZ Sican Eriskinde; Yenidoganda;
 35-80 mg/kg tek doz 100 mg/kg tek doz i.v.,
 i.v., i.p., s.c. i.p., s.c. (51-53)
 (4), (42-46) Eriskinde;
 40 mg/kg tek doz i.m. 65 mg/kg i.v. + 110-230
 (47) mg/kg i.p. NAD (54-55)
 35 mg/kg tek doz i.p., + 2
 hafta sureli yuksek yagli
 diyet (57)
 30 mg/kg iki doz i.p., + 4
 hafta sureli yuksek yagli
 diyet (58)
 60 mg/kg i.v. + 2 hafta
 sureli yuksek yagli diyet
 (59)

 Fare Eriskinde; *
 60-150 mg/kg tek doz Eriskinde;
 i.p. (48, 50) 65 mg/kg i.v. + 150 mg/kg
 i.p. NAD (56)
 40 mg/kg i.p. + 5 hafta
 sureli yuksek yagli diyet
 (67)
 90-100 mg/kg i.p.+ 3 hafta
 sureli yuksek yagli diyet
 (68)

i.v., intavenoz; i.p., intraperitoneal; NAD, nikotinamid

* Farelerde Tip 2 diyabet modeli oluaturmak icin obez (ob/ob, db/db)
veya non obez (C57BL/6, ALS/Lt) spontan modeller tercih edilmektedir


Alloksan ile olusturulan diyabette, ketozis insidansi ve mortalite orani yuksektir ve pankreas rejenerasyonuna bagli olarak hiperglisemi geri donebilir. Bu ozelliklerden dolayi, STZ insulin bagimli olmayan tip II diyabet modeli olusturmada alloksana tercih edilir (8). Bununla birlikte literaturde, eriskin hayvanlarda subdiyabetojenik dozlarda ve yenidogan hayvanlarda ise diyabetojenik dozlarda i.p. alloksan kullanimi ile tip II diyabet olusturulan calismalar bulunmaktadir (28-30). Sy ve ark. eriskin sicanlarda 120 mg/kg alloksani i.p. tek doz uygulayarak tip II diyabet olusturmuslardir (28). Bes-alti gunluk yenidogan sicanlarda alloksanin 200 (29) veya 250 mg/kg (30) tek doz i.p. enjeksiyonu bildirilmektedir. Soares de Alencar Mota ve ark. alloksani yenidogan sicanlarda 200 mg/kg dozunda kullandiklarinda, 3 ay sonra hayvanlarda spontan iyilesme oldugunu gozlemlediklerinden; uzun sureli deney protokollerinde arastirmacilara alloksani 250 mg/kg dozunda kullanmayi onermektedirler (30) (Tablo 3).

Streptozotosin

STZ (2-Deoxy-2-([(methylnitrosoamino)carbonyl]amino)-D-glucopyranose) streptomycetes achromogenes tarafindan sentezlenir (4). Neoplastik, antineoplastik ve diyabetojenik ozellikleri olan genis spektrumlu bir antibiyotiktir (9). STZ, nitrozure analogudur, ancak nitrozurelerden daha az lipofiliktir (7). Notral pH'da hizla dekompanse olur, pH 4-4.5' da stabildir. Cozeltisi uygulamadan hemen once, pH'si 4 olan sitrat tamponu icinde hazirlanmali, isiktan korunarak hemen kullanilmalidir. STZ, -20[degrees]C'de isiktan korunarak saklanmalidir (1) (Tablo 1).

Etki Mekanizmasi

STZ, yapisinda glukoz molekulu ihtiva eder ve pankreatik beta hucreleri icine GLUT2 araciligi ile alinir (7). STZ'nin diyabetojenik etkisinin GLUT2 uretiminin azaldigi durumlarda ortadan kalktigi gozlenirken (31), multiple dozlarda uygulanan STZ'nin de GLUT2 uretimini azalttigi gosterilmistir (32).

STZ'nin ilk etkisinin beta hucrelerinin glukoza yanitini ortadan kaldirmak oldugu dusunulmektedir (1), (6) Bu olayi kalici beta hucre hasari ve kaybi izler. Ac birakilan sicanlara STZ uygulamasindan 2 saat sonra kan glukoz duzeyinde artis ve 6 saat sonrasinda ise kandaki insulin duzeyindeki yukselmeye bagli hipoglisemi gozlenir. Son olarak insulin duzeyindeki azalmaya bagli gelisen hiperglisemi ile STZ'nin diyabetojenik etkileri kendini gosterir (33). STZ'nin glukoz oksidasyonunu (34) ve insulinin biyosentezi ve sekresyonunu azalttigi da (35-36) bildirilmektedir.

STZ'nin hedefi pankreatik beta hucresindeki DNA'dir. STZ'in hucre icinde nitrozure gruplarinin dekompozisyonu ile olusan reaktif karbonyum iyonlari DNA bazlarinda alkilasyona neden olur (37), (38). Bunu DNA tamiri izler ve tamir sirasinda gorev alan poli(ADP-riboz) polimeraz (PARP) hucre icindeki nikotinamid adenin dinukleotidi (NAD) kullanarak NAD depolarini bosaltir ve ATP icerigini azaltir. Boylece hucresel enerji depolarinin tuketimi beta hucresinde nekroza yol acar (7). NAD ve PARP inhibitorleri ile tedavi, STZ'nin diyabetojenik etkilerine karsi koruyucudur (39). STZ'ye bagli olusan DNA hasarinda, STZ'nin nitrik oksit (NO) donoru etkisinin de rolu oldugu ileri surulmektedir. Beta hucrelerine alinan STZ, NO'nun hucre icinde serbest kalmasina, dolayisiyla DNA ayrilmasina sebep olmaktadir (40).

STZ de alloksan gibi oksidan ozellige sahiptir. STZ uygulamasi sonrasi ksantin oksidaz sisteminin aktive oldugu ve buna bagli hidrojen peroksid ve hidroksil radikallerinin uretildigi bildirilmektedir. Allopurinol gibi ksantin oksidaz inhibitorlerinin in vivo STZ etkisini kisitladigi gosterilmistir (41).

Kullanim Sekli ve Dozu

STZ, insulin bagimli olan tip I ve insulin bagimli olmayan tip II diyabet modelleri olusturmak icin yaygin olarak kullanilir (4). Cesitli hayvanlarda STZ'nin diyabetojenik etkilerinin ortaya ciktigi gozlenen doz araliklari Tablo 2'de verilmistir.

STZ'nin diyabetojenik doz araligi alloksan kadar dar degildir (4) (Tablo 3). Tip I diyabet olusturmak icin genellikle yetiskin sicanlarda i.v. yoldan 40-60 mg/kg arasindaki bir degerin tek doz kullanimi tercih edilmekle birlikte (4), daha genis bir araliktaki dozlar da (35-80 mg/kg) kullanilabilmektedir (42,43). STZ'nin i.p. ve s.c. kullanimi icin de i.v. kullanima benzer doz araliklarindan bahsedilir (4,44-46). Ancak STZ'nin 40 mg/kg'in altindaki i.p. uygulamalarinin diyabetojenik etkisinin olmadigi gosterilmistir (16). De ve ark. STZ'yi sicanlarda i.m tek doz olarak 40 mg/kg dozunda uygulamislardir (47). STZ farelerde tip I diyabet elde etmek icin sicanlardakine benzer dozlarda kullanilmaktadir (48-50).

Tip II diyabet elde etmek icin STZ, yenidogan hayvanlara dogumdan sonraki ilk hafta ozellikle 1. ve 2. gun uygulanmaktadir (Tablo 3). STZ'ye bagli gelisen pankreas [brta] hucrelerindeki harabiyetin cogunun ilerleyen gunlerde rejenere olarak, tip II diyabet olusumuna benzer bir tabloya yol actigi bulunmustur. Bu yontem ilk kez 1974'te Portha ve ark. tarafindan yenidogan sicanlara 100 mg/kg STZ uygulanarak gosterilmistir (51). Yenidogan sicanlarda Dagistanli ve ark. (52) STZ'yi 100 mg/kg i.p. kullanirken; Sinzato ve ark. (53) da STZ'yi ayni dozda s.c. olarak kullanmislardir. Bu yontem uygulama kolayligi sunmasi bakimindan Tip II diyabet elde etmek icin en cok tercih edilen kimyasal diyabet modeli olmustur. Ayni zamanda kimyasal diyabet modelleri arasinda Tip II diyabet klinigini en iyi yansitan model oldugu ileri surulmektedir (4).

Tip II diyabet modeli eriskin hayvanlarda, STZ uygulamasi oncesinde koruyucu ozelligi olan NAD'in parsiyel koruyucu dozda uygulanmasi ile de olusturulabilir (54-56) (Tablo 3). Masiello ve ark. sicanlara STZ (65 mg/kg i.v.) enjeksiyonundan 15 dakika once NAD'i 230 mg/kg i.p. olarak uyguladiklarinda plazma insulin duzeyi degismeksizin orta derecede ve stabil seyreden bir hiperglisemi gelistigini rapor etmislerdir. Bu sekilde olusturulan modelin, insulin bagimli olmayan tip II diyabeti iyi yansittigini ve insulinotropik ajanlarin arastirilmasinda avantaj saglayacagini bildirmektedirler (54). STZ ile birlikte kullanilan NAD'in farkli dozlarda uygulandigi gorulmektedir. NAD'i, Makom Ndifossap ve ark. (55) sicanlarda 110 mg/kg; Kobayashi ve ark. (56) ise farelerde 150 mg/kg dozunda i.p. olarak STZ enjeksiyonundan 15 dakika once uygulamislardir. STZ uygulamasi ile Tip II diyabetin eriskin hayvanlarda olusturulmasinin bir diger yolu ise belli bir sure yuksek yagli (57-58) ya da yuksek fruktozlu (59-60) diyetle besleme sonrasi STZ enjeksiyonudur (Tablo 3). Sirinivasan ve ark. 2 hafta sureyle sicanlara yuksek yagli diyet (%58 yag, %25 protein ve %17 karbonhidrat total kalorinin yuzdesi) uyguladiktan sonra 35 mg/kg STZ'yi i.p. olarak uygulamislardir. Yuksek yagli diyet sonrasi dusuk doz STZ uygulamasi ile plazma glukoz, insulin, trigliserit ve total kolesterol duzeylerinin normal standart sican yemi ile beslenen hayvanlara g?re anlamli olarak daha yuksek oldugunu bulmuslardir. STZ'nin daha yuksek dozlarda kullaniminda (45-55 mg/kg) hem normal diyet hem de yuksek yagli diyetle beslenen sicanlarda plazma insulin duzeylerinin azaldigini; STZ'nin 25 mg/kg dozunda kullanildiginda ise hiperglisemi olusmadigini belirlemislerdir (57). Zhang ve ark. ise 4 haftalik yuksek yagli diyet (%22 yag, %48 karbonhidrat, %20 protein ile total kolorik deger 44.3 kJ/kg) sonrasi STZ'nin 30 mg/kg dozunda bir hafta ara ile 2 kez i.p. uygulanmasi ile sicanlarda stabil bir tip II diyabet modeli olusturduklarini rapor etmislerdir (58). Tip II diyabetin gelismesinde yuksek fruktoz tuketiminin ?nemli bir cevresel fakt?r oldugu bilinmektedir. Leung ve ark. sicanlara yuksek fruktozlu diyet (%5,2 yag, %18,3 protein, %0,4 nisasta, %60 fruktoz) ile 14 gun boyunca beslenme sonrasi, sicanlara 60 mg/kg STZ'yi i.v. uygulayarak tip II diyabet olusturduklarini bildirmislerdir (59). Huang ve ark. 8 hafta sureyle sicanlarin yuksek yagli diyet (%20 domuz yagi) veya yuksek fruktoz iceren diyetle (%60 fruktoz) beslenmesi sonrasi; yuksek fruktoz iceren diyet alan sicanlarin plazma insulin ve trigliserid seviyelerinin normal standart diyetle ve yuksek yagli diyetle beslenen sicanlara g?re daha yuksek oldugunu belirtmislerdir (60).

STZ veya alloksan enjeksiyonu sonrasi hayvaniarin diyabet olup olmadiklarinin belirlenmesi icin siklikla 2-3 gun Icerisinde kan glukoz duzeylerine (>200 mg/dl ya da > 11.0 mmol/L) bakilmakla birlikte (29,44,48,61), dusuk kan insulin duzeyi (<0,04 [micro]g) (62), gunluk fazla Idrar cIkIsI (>25 ml/gun) (61) ve glikozuri (>%2) (15) varligi da degerlendirilmektedir.

Deneysel DIyabet CalismalarInda Alloksan ve STZ Kullaniminda Beklenen Olasi Sorunlar ve Cozum Onerileri

KImyasal dIyabet metodu kullanarak hayvanlarda dIyabetIk kan degerlerIne ulasmayi amaclayan calismalarda, ozellikle STZ ve alloksan uygulamasini takiben, trifazik veya tetrafazIk olarak isimlendirilen ve kan glukoz degerlerindeki dalgalanmalari iceren donemler Sekil 1'de gozlenmektedir (7).

[GRAPHIC OMITTED]

FAZ-1: Alloksan enjeksiyonundan 30 dk. sonra baslayan "Baslangic Hipoglisemi" fazidir. ATP elde etmek icin gerekli olan glukoz fosforilasyonun, glukokinaz InhIbIsyonu ile bloke edIlmesi sonucu olustugu dusunulmektedir. STZ glukokinazi inhibe etmedigi icin; STZ uygulamasi sonrasInda bu faz gozlenmez (7).

FAZ-2: STZ ve alloksan enjeksiyonundan yaklasik bir saat sonra ortaya cikan, kan glukozunun yukselmesi ile giden "Gecici Hiperglisemik Faz" olarak da bilinir. 2-4 saat surmesi beklenir. insulin sekresyonunun inhibisyonuna ve karaciger glikojeninin ani yikimina bagli ortaya ciktigi dusunulmektedir (7).

FAZ-3: Enjeksiyondan 4-8 saat sonra gorulmesi beklenen "ikinci Hipoglisemi" fazidir. ilk 24 saat icindeki olumlerden sorumludur. Beta hucre olumu ile kana asiri insulinin karismasina bagli olustugu dusunulmektedir (1).

FAZ-4: Kalici diyabetik hipergliseminin olustugu fazdir. Toksin uygulamasindan 12-48 saat sonra olusacagi ongorulur. Beta hucre olumunu takiben artan insulinin kandan temizlenmesi ile hiperglisemi tablosunun olusmasi esasina dayanir. Diyabetojenik ajanlarin uygulanmasinin amaci; bu fazin devamini saglayarak, hayvanin diyabet semptomlarini gostermesidir (7).

Ac birakilan hayvanlarda hipoglisemik fazlarin (Faz 1 ve 3) daha belirgin olacagi belirtilmis ve diyabetojenik ajanlarin hayvanlara tokken uygulanmasi tavsiye edilmis olsa da rutin uygulamada, faz II'nin olumsuz etkilerinden korumak amaciyla diyabetojenik ajanlarin 12-18 saatlik acliktan sonra uygulanmasi daha cok tercih edilmektedir (1). Faz 3'un olumsuz etkilerini onlemek icin ilk 24 saatlik donemde hayvana i.p. sekerli su (%10-20 glukoz solusyonu vb) verilmesi ve ilk 24 saat icme suyu icine sekerli sivi ilavesi (%5 glukoz solusyonu vb) onerilir (1), (63).

Alloksanin diyabetojenik dozlari ile toksik dozlarinin birbirine cok yakin olmasi kullaniminda dikkat edilmesi gereken ozelliklerden biridir (6), (11). Diyabetojenik dozlarda alloksan uygulanmasi sonrasinda bile hayvanlarin bir kisminin oldugu, bir kisminda ise diyabet gelismedigi gozlenmistir. Sprague-Dawley cinsi sicanlarda 140 mg/kg i.p. alloksanin tek doz uygulamasi sonrasinda, %50 oraninda diyabet gelistigini bildirilen bir arastirmada ikinci doz sonrasi uc gun icerisinde bu oranin %90'a ciktigi belirtilmektedir (64). Bu sebeplerle calismaya baslamadan gruplar icin dusunulen toplam hayvan sayisinin yuksek tutulmasinda fayda vardir. Hayvanlarda Tip I diyabet sonrasi ketoasidoza ve kilo kaybina bagli mortaliteyi onlemek amaciyla; STZ ve alloksan uygulamasini takiben belli bir sure protamin cinko (65) veya ultralente insulin (66) gibi uzun etki sureli insulin preparatlarinin gunluk 2 IU dozunun enjeksiyonu onerilmektedir.

Sonuc olarak, hayvanlarda olusturulan diyabet modellerinin hicbiri insan diyabetine tam olarak esdeger tutulamasa da; arastirmacilarin insulin bagimli Tip I ve insulin bagimli olmayan Tip II diyabet tedavisi uzerindeki calismalari icin deneysel diyabet modelleri vazgecilemez unsurlardir. STZ ve alloksan gibi kimyasal ajanlarla olusturulan diyabet modellerinin, diger deneysel modellere gore daha ucuz olmasi; daha kolay gelistirilebilmesi; pankreastaki beta hucrelerini tahrip ederken alfa ve delta hucrelerine zarar vermemesi; ketozis ve mortalitenin goreceli olarak daha az olmasi gibi cok sayida avantaji bulunmaktadir (8). Kimyasal ajanlarla diyabet modelleri olusturmak isteyen arastirmacilarin, arastirmayi dusundukleri diyabet tipine gore, kullanacaklari hayvan turunu ve sayisini; uygulayacaklari kimyasal ajanin doz veya dozlarini; uygulama sirasinda ortaya cikabilecek olasi sorunlari ve cozumlerini iyice irdelemeden arastirmalarina baslamamalarini tavsiye ediyoruz.

Yazisma Adresi/Address for Correspondence: Dr. Zehra Kurcer, Bulent Ecevit Universitesi, Farmakoloji Bolumu, Zonguldak, Turkiye

Tel: +90 372 261 32 11 Faks: +90 372 261 02 64 E-posta: zykurcer@yahoo.com Gelis Tarihi/Recevied: 29.07.2011 Kabul Tarihi/Accepted: 25.04.2012

Kaynaklar

(1.) Irer SV, Alper G. Deneysel diyabet modelleri. Turk Klinik Biyokimya Derg 2004;2:127-36.

(2.) Bliss M. The Discovery of Insulin. 25. edition. Chicago: University of Chicago Press, 2007.

(3.) Rees DA, Alcolado JC. Animal models of diabetes mellitus. Diabet Med 2005;22:359-70.

(4.) Szhudelsky T. The mechanism of alloksan and STZ action in beta cells of rat pancreas. Physiol Res 2001;50:536-46.

(5.) Dunn JS, Duffy E, Gilmour MK, Kirkpatrick J, McLetchie NG. Further observations on the effects of alloxan on the pancreatic islets. J Physiol 1944;103:233-43.

(6.) Rakieten N, Rakieten ML, Nadkarni MV. Studies on the diabetogenic action of streptozotocin (NSC-37917). Cancer Chemother Rep 1963;29:91-8.

(7.) Lenzen S. The mechanisms of alloxan-and streptozotocin-induced diabetes. Diabetologia 2008;51:216-26.

(8.) Srinivasan K, Ramarao P. Animal models in type 2 diyabetes research: an overview. Indian J Med Res 2007;125: 451-72.

(9.) Bell RH, Hye RJ. Animal models of diabetes mellitus physiology and pathology. J Surg Res 1983;35:433-60.

(10.) Gorus FK, Malaisse WJ, Pipeleers DG. Selective uptake of alloxan by pancreatic B-cells. Biochem J 1982;208:513-5.

(11.) Lenzen S, Mirzaie-Petri M. Inhibition of glucokinase and hexokinase from pancreatic B-cells and liver by alloxan, alloxantin, dialuric acid, and t-butylhydroperoxide. Biomed Res 1991;12:297-307.

(12.) Lenzen S, Tiedge M, Panten U. Glucokinase in pancreatic B-cells and its inhibition by alloxan. Acta Endocrinol (Copenh) 1987;115:21-9.

(13.) Munday R. Dialuric acid autoxidation. Effects of transition metals on the reaction rate and on the generation of 'active oxygen' species. Biochem Pharmacol 1988;37:409-13.

(14.) Kim HR, Rho HW, Park BH, et al. Role of Ca2+ in alloxan-induced pancreatic beta-cell damage. Biochim Biophys Acta 1994;1227:87-91.

(15.) Golfman L, Dixon IM, Takeda N, et al. Cardiac sarcolemmal Na+-Ca2+ exchange and Na+-K+ ATPase activities and gene expression in alloxan-induced diabetes in rats. Mol Cell Biochem 1998;188:91-101.

(16.) Katsumata K, Katsumata K Jr, Katsumata Y. Protective effect of diltiazem hydrochloride on the occurrence of alloxan-or streptozotocin-induced diabetes in rats. Horm Metab Res 1992;24:508-10.

(17.) Sharma SB, Nasir A, Prabhu KM, Murthy PS. Antihyperglycemic effect of the fruit-pulp of Eugenia jambolana in experimental diabetes mellitus. J Ethnopharmacol 2006;104:367-73.

(18.) Kiersztan A, Winiarska K, Drozak J, et al. Differential effects of vanadium, tungsten and molybdenum on inhibition of glucose formation in renal tubules and hepatocytes of control and diabetic rabbits: beneficial action of melatonin and N-acetylcysteine. Mol Cell Biochem 2004;261:9-21.

(19.) Amalraj T, Ignacimuthu S. Evaluation of the hypoglycaemic effect of Memecylon umbellatum in normal and alloxan diabetic mice. J Ethnopharmacol 1998;62:247-50.

(20.) Zhang X, Liang W, Mao Y, et al. Hepatic glucokinase activity is the primary defect in alloxan-induced diabetes of mice. Biomed Pharmacother 2009;63:180-6.

(21.) Joharchi K, Jorjani M. The role of nitric oxide in diabetes-induced changes of morphine tolerance in rats. Eur J Pharmacol 2007;570:66-71.

(22.) Alarcon-Aguilar FJ, Roman-Ramos R, Flores-Saenz JL, Aguirre-Garcia F. Investigation on the hypoglycaemic effects of extracts of four Mexican medicinal plants in normal and alloxan-diabetic mice. Phytother Res 2002;16:383-6.

(23.) Miranda M, Muriach M, Almansa I, et al. CR-6 protects glutathione peroxidase activity in experimental diabetes. Free Radic Biol Med 2007;43:1494-8.

(24.) Sailaja Devi MM, Das UN. Effect of prostaglandins against alloxan-induced diabetes mellitus. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids 2006;74:39-60.

(25.) Rajasekaran NS, Nithya M, Rose C, Chandra TS. The effect of finger millet feeding on the early responses during the process of wound healing in diabetic rats. Biochim Biophys Acta 2004;1689:90-201.

(26.) Liu W, Zhang X, Liu P, et al. Effects of berberine on matrix accumulation and NF-kappa B signal pathway in alloxan-induced diabetic mice with renal injury. Eur J Pharmacol 2010;638:150-5.

(27.) Vijayakumar MV, Bhat MK. Hypoglycemic effect of a novel dialysed fenugreek seeds extract is sustainable and is mediated, in part, by the activation of hepatic enzymes. Phytother Res 2008;22:500-5.

(28.) Sy GY, CissAA'AA' A, Nongonierma RB, et al. Hypoglycaemic and antidiabetic activity of acetonic extract of Vernonia colorata leaves in normoglycaemic and alloxan-induced diabetic rats. Ethnopharmacol 2005;98:171-5.

(29.) Howarth FC, Hassan Z, Qureshi MA. The chronic effects of neonatal alloxan-induced diabetes mellitus on ventricular myocyte shortening and cytosolic Ca 2+. Mol Cell Biochem 2011;347:71-7.

(30.) Soares de Alencar Mota C, Ribeiro C, de AraAA'AA'jo GG, et al. Exercise training in the aerobic/anaerobic metabolic transition prevents glucose intolerance in alloxan-treated rats. BMC Endocr Disord 2008;8:11.

(31.) Schnedl WJ, Ferber S, Johnson JH, Newgard CB. STZ transport and cytotoxicity. Specific enhancement in GLUT2-expressing cells. Diabetes 1994;43:1326-33.

(32.) Wang Z, Gleichmann H. GLUT2 in pancreatic islets: crucial target molecule in diabetes induced with multiple low doses of streptozotocin in mice. Diabetes 1998;47:50-6.

(33.) West E, Simon OR, Morrison EY. Streptozotocin alters pancreatic beta-cell responsiveness to glucose within six hours of injection into rats. West Indian Med J 1996;45:60-2.

(34.) Bedoya FJ, Solano F, Lucas M. N-monomethyl-arginine and nicotinamide prevent streptozotocin-induced double strand DNA break formation in pancreatic rat islets. Experientia 1996;52:344-7.

(35.) Nukatsuka M, Yoshimura Y, Nishida M, Kawada J. Importance of the concentration of ATP in rat pancreatic beta cells in the mechanism of streptozotocin-induced cytotoxicity. J Endocrinol 1990;127:161-5.

(36.) Bolaffi JL, Nagamatsu S, Harris J, Grodsky GM. Protection by thymidine, an inhibitor of polyadenosine diphosphate ribosylation, of streptozotocin inhibition of insulin secretion. Endocrinology 1987;120:2117-22.

(37.) Yamamoto H, Uchigata Y, Okamoto H. Streptozotocin and alloxan induce DNA strand breaks and poly(ADP-ribose) synthetase in pancreatic islets. Nature 1981;294:284-6.

(38.) Uchigata Y, Yamamoto H, Kawamura A, Okamoto H. Protection by superoxide dismutase, catalase, and poly(ADPribose) synthetase inhibitors against alloxan- and streptozotocin induced islet DNA strand breaks and against the inhibition of proinsulin synthesis. J Biol Chem 1982;257:6084-8.

(39.) Anderson T, Schein PS, McMenamin MG, Cooney DA. Streptozotocin diabetes. Correlation with extent of depression of pancreatic islet nicotinamide adenine dinucleotide. J Clin Invest 1974;54:672-7.

(40.) Kr?ncke KD, Fehsel K, Sommer A, Rodriguez ML, Kolb-Bachofen V. Nitric oxide generation during cellular metabolization of the diabetogenic N-methyl-N-nitroso-urea streptozotocin contributes to islet cell DNA damage. Biol Chem Hoppe Seyler 1995;376:179-85.

(41.) Nukatsuka M, Yoshimura Y, Nishida M, Kawada J. Allopurinol protects pancreatic beta cells from the cytotoxic effect of streptozotocin: in vitro study. J Pharmacobiodyn 1990;13:259-62.

(42.) Koh PO, Sung JH, Won CK, et al. Streptozotocin-induced diabetes decreases placenta growth factor (PlGF) levels in rat placenta. J Vet Med Sci 2007;69:877-80.

(43.) Wong TP, Debnam ES, Leung PS. Diabetes mellitus and expression of the enterocyte renin-angiotensin system: implications for control of glucose transport across the brush border membrane. Am J Physiol Cell Physiol 2009;297:601-10.

(44.) Kurcer Z, Parlakpinar H, Vardi N, et al. Protective effects of chronic melatonin treatment against renal ischemia/reperfusion injury in streptozotocin-induced diabetic rats. Exp Clin Endocrinol Diabetes 2007;115:365-71.

(45.) Ishizaki E, Fukumoto M, Puro DG. Functional K(ATP) channels in the rat retinal microvasculature: topographical distribution, redox regulation, spermine modulation and diabetic alteration. J Physiol 2009;587:2233-53.

(46.) Liu SH, Chang YH, Chiang MT. Chitosan reduces gluconeogenesis and increases glucose uptake in skeletal muscle in streptozotocin-induced diabetic rats. J Agric Food Chem 2010; 58:5795-800.

(47.) De D, Chatterjee K, Ali KM, Bera TK, Ghosh D. Antidiabetic potentiality of the Aqueous-Methanolic Extract of Seed of Swietenia mahagoni (L.) Jacq. in Streptozotocin-induced Diabetic Male Albino Rat: A Correlative and Evidence-Based Approach with Antioxidative and Antihyperlipidemic Activities. Evid Based Complement Alternat Med 2011;2011:892807.

(48.) Shu XS, Lv JH, Tao J, et al. Antihyperglycemic effects of total flavonoids from Polygonatum odoratum in STZ and alloxan-induced diabetic rats. J Ethnopharmacol 2009;124:539-43.

(49.) Hogan S, Zhang L, Li J, et al. Antioxidant rich grape pomace extract suppresses postprandial hyperglycemia in diabetic mice by specifically inhibiting alpha-glucosidase. Nutr Metab (Lond) 2010;7:71.

(50Shen.) E, Li Y, Li Y, et al. Rac1 is required for cardiomyocyte apoptosis during hyperglycemia. Diabetes 2009;58:2386-95.

(51.) Portha B, Levacher C, Picon L, Rosselin G. Diabetogenic effect of streptozotocin in the rat during the perinatal period. Diabetes 1974;23:889-95.

(52.) Dagistanli FK, Ozturk M. Yenidogan STZ Diyabet Modelinde Pankreatik Beta Hucre Rejenerasyonunu Kontrol Eden Genlerin Ekspresyonu. Cerrahpasa Tip Dergisi 2007;38:127-138.

(53.) Sinzato YK, Damasceno DC, Laufer-Amorim R, et al. Plasma concentrations and placental immunostaining of interleukin-10 and tumor necrosis factor-[alpha] as predictors of alterations in the embryo-fetal organism and the placental development of diabetic rats. Braz J Med Biol Res 2011;44:206-11.

(54.) Masiello P, Broca C, Gross R, et al. Experimental NIDDM: development of a

new model in adult rats administered streptozotocin and nicotinamide. Diabetes 1998;47:224-9.

(55.) Makom Ndifossap IG, Frigerio F, Casimir M, et al. Sclerocarya birrea (Anacardiaceae) stem-bark extract corrects glycaemia in diabetic rats and acts on beta-cells by enhancing glucose-stimulated insulin secretion. J Endocrinol 2010;205:79-86.

(56.) Kobayashi T, Taguchi K, Yasuhiro T, Matsumoto T, Kamata K. Impairment of PI3-K/Akt pathway underlies attenuated endothelial function in aorta of type 2 diabetic mouse model. Hypertension 2004;44: 956-62.

(57.) Srinivasan K, Viswanad B, Asrat L, Kaul CL, Ramarao P. Combination of high-fat diet-fed and low-dose streptozotocin-treated rat: a model for type 2 diabetes and pharmacological screening. Pharmacol Res 2005;52:313-20.

(58.) Zhang M, Lv XY, Li J, Xu ZG, Chen L. The characterization of high-fat diet and multiple low-dose streptozotocin induced type 2 diabetes rat model. Exp Diabetes Res 2008;2008:704045.

(59.) Leung JY, Kwok EW, Liu GY, Pang CC. Attenuated alpha-adrenoceptor-mediated arterial and venous constrictions in rat models of diabetes. Eur J Pharmacol 2010;642:128-33.

(60.) Huang BW, Chiang MT, Yao HT, Chiang W. The effect of high-fat and high-fructose diets on glucose tolerance and plasma lipid and leptin levels in rats. Diabetes Obes Metab 2004;6:120-6.

(61.) Oliveira DM, Freitas HS, Souza MF, et al. Yerba Mate (Ilex paraguariensis) aqueous extract decreases intestinal SGLT1 gene expression but does not affect other biochemical parameters in alloxan-diabetic Wistar rats. J Agric Food Chem 2008;56:10527-32.

(62.) Al-Salami H, Butt G, Tucker I, et al. Probiotic pre-treatment reduces gliclazide permeation (ex vivo) in Healthy Rats but Increases It in Diabetic Rats to the Level Seen in Untreated Healthy Rats. Arch Drug Inf 2008;1:35-41.

(63.) Albayrak A, Uyanik MH, Odabasoglu F, et al. The Effects of Diabetes and/or polymicrobial sepsis on the status of antioxidant enzymes and pro-inflammatory cytokines on heart, liver, and lung of ovariectomized rats. J Surg Res 2011;169:67-75.

(64.) Musicki B, Kramer MF, Becker RE, Burnett AL. Inactivation of phosphorylated endothelial nitric oxide synthase (Ser-1177) by O-GlcNAc in diabetes-associated erectile dysfunction. Proc Natl Acad Sci U S A 2005;102:11870-5.

(65.) Raju J, Gupta D, Rao AR, Yadava PK, Baquer NZ. Trigonellafoenum graecum (fenugreek) seed powder improves glucose homeostasis in alloxan diabetic rat tissues by reversing the altered glycolytic, gluconeogenic and lipogenic enzymes. Mol Cell Biochem 2001;224:45-51.

(66.) Daniel C, Schaub K, Amann K, Lawler J, Hugo C. Thrombospondin-1 is an endogenous activator of TGF-beta in experimental diabetic nephropathy in vivo. Diabetes 2007;56:2982-9.

(67.) Teng BS, Wang CD, Yang HJ, et al. A protein tyrosine phosphatase 1B activity inhibitor from the fruiting bodies of Ganoderma lucidum (Fr.) Karst and its hypoglycemic potency on streptozotocin-induced type 2 diabetic mice. J Agric Food Chem 2011;59:6492-500.

(68.) Mu J, Woods J, Zhou YP, et al. Chronic inhibition of dipeptidyl peptidase-4 with a sitagliptin analog preserves pancreatic beta-cell mass and function in a rodent model of type 2 diabetes. Diabetes 2006;55:1695-704.

Zehra Kurcer, Derya Karaoglu *

Bulent Ecevit Universitesi, Farmakoloji Bolumu Zonguldak, Turkiye

* Ankara Numune Hastanesi Beyin ve Sinir Cerrahisi Bolumu, Ankara, Turkiye
COPYRIGHT 2012 Galenos Yayinevi Tic. Ltd.
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2012 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Title Annotation:Derleme Review
Author:Kurcer, Zehra; Karaoglu, Derya
Publication:Turkish Journal of Endocrinology and Metabolism
Date:Jun 1, 2012
Words:5208
Previous Article:Evaluation of the accuracy of fine-needle aspiration cytology in the diagnosis of thyroid nodules: a retrospective analysis of data from a tertiary...
Next Article:Electromagnetic exposure may interfere with the prevalence of diabetes mellitus in Turkey / Turkiye'de Elektromanyetik Maruziyet Diyabetes Mellitus...
Topics:

Terms of use | Copyright © 2017 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters